Thermische Vorspannung nachträglich ergänzter Bewehrung – experimentelle Umsetzung an Balken

Abstract

Im Beitrag wird ein Verfahren zur eigengewichtswirksamen Biegeverstärkung statisch bestimmter Stahlbetontragwerke mittels thermisch vorgespannter Zusatzbewehrung vorgestellt. Die in die Zugzone eingeschlitzten und in ein Verfüllmaterial eingebetteten Stäbe werden hierbei gezielt von außen temperiert und damit thermisch gedehnt. Nach dem Stoppen der Wärmezufuhr und dem damit verbundenen Abkühlen verhindert die Verbundwirkung mit dem zwischenzeitlich erhärteten Verfüllmaterial die Rückverformung der Stäbe. Die daraus resultierende Vorspannkraft wirkt der Belastung aus dem Eigengewicht entgegen und entlastet den Bestandsquerschnitt. Damit sind die ergänzten Stäbe für das Eigengewicht wirksam. Der Beitrag zeigt die experimentelle Umsetzung der Verstärkungsmethode an unbelasteten Balken mit messtechnischer Erfassung der Vorspannwirkung sowie Validierung eines für die Verstärkungsmethode hergeleiteten analytischen Berechnungsmodells. Konkurrierend werden Schlitzbreiten von 8 cm und 10 cm bei ansonsten gleichen Randbedingungen untersucht. Zudem werden die wesentlichen Einflussgrößen auf die Wirksamkeit der thermischen Vorspannung diskutiert. Die Ergebnisse zeigen die Umsetzbarkeit der thermischen Vorspannung nachträglich ergänzter Bewehrungsstäbe. Es wird eine Vordehnung der ergänzten Stäbe von ca. 0,5 ‰ erreicht. Die gemessene Vorspannwirkung übersteigt dabei sogar das Ergebnis analytischer Berechnungen. Dies ist auf eine zusätzliche Vorspannwirkung des ebenfalls thermisch gedehnten Verfüllmaterials zurückzuführen. Mit größerer Schlitzbreite und damit einer größeren temperierten Fläche reduziert sich infolge des Durchwärmens des Initialquerschnitts die Wirksamkeit der Verstärkung. Zudem reduziert Verbundkriechen die Vorspannwirkung, während das Schwinden des Verfüllmaterials diese sogar steigen lässt.